lib/silccrypt/des.c

   1 /* Taken from public domain libtomcrypt library and the code and all changes
   2    to it are in public domain. -Pekka */
   3
   4 /* LibTomCrypt, modular cryptographic library -- Tom St Denis */
   5
   6 #include "silccrypto.h"
   7 #include "des_internal.h"
   8 #include "des.h"
   9
  10 /*
  11  * SILC Crypto API for DES and 3DES
  12  */
  13
  14 /* Sets the key for the cipher. */
  15
  16 SILC_CIPHER_API_SET_KEY(des)
  17 {
  18   return des_setup(key, keylen, 0, (des_key *)context);
  19 }
  20
  21 /* Sets IV for the cipher. */
  22
  23 SILC_CIPHER_API_SET_IV(des)
  24 {
  25   des_key *des = context;
  26
  27   switch (ops->mode) {
  28
  29   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
  30   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
  31     /* Starts new block. */
  32     des->padlen = 8;
  33     break;
  34
  35   default:
  36     break;
  37   }
  38 }
  39
  40 /* Initialize */
  41
  42 SILC_CIPHER_API_INIT(des)
  43 {
  44   des_key *des = silc_calloc(1, sizeof(des_key));
  45   if (des)
  46     des->padlen = 8;
  47   return des;
  48 }
  49
  50 /* Uninitialize */
  51
  52 SILC_CIPHER_API_UNINIT(des)
  53 {
  54   des_key *des = context;
  55   memset(des, 0, sizeof(*des));
  56   silc_free(des);
  57 }
  58
  59 SILC_CIPHER_API_ENCRYPT(des)
  60 {
  61   des_key *des = context;
  62   SilcUInt32 tmp[2];
  63   int i;
  64
  65   switch (ops->mode) {
  66
  67   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
  68     SILC_CTR_MSB_64_32(iv, tmp, cipher->block, des->padlen, src, dst,
  69                        des_encrypt(des, tmp, tmp));
  70     break;
  71
  72   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
  73     {
  74       SilcUInt32 nb = len >> 3;
  75
  76       while (nb--) {
  77         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
  78         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
  79         des_encrypt(des, tmp, tmp);
  80         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
  81         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
  82         src += 8;
  83         dst += 8;
  84       }
  85     }
  86     break;
  87
  88   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
  89     SILC_CBC_ENC_MSB_64_32(len, iv, tmp, src, dst, i,
  90                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
  91     break;
  92
  93   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
  94     SILC_CFB_ENC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
  95                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
  96     break;
  97
  98   default:
  99     return FALSE;
 100   }
 101
 102   return TRUE;
 103 }
 104
 105 SILC_CIPHER_API_DECRYPT(des)
 106 {
 107   des_key *des = context;
 108   SilcUInt32 tmp[2], tmp2[2], tiv[2];
 109   int i;
 110
 111   switch (ops->mode) {
 112
 113   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 114     return silc_des_encrypt(cipher, ops, context, src, dst, len, iv);
 115     break;
 116
 117   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
 118     {
 119       SilcUInt32 nb = len >> 3;
 120
 121       while (nb--) {
 122         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
 123         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
 124         des_decrypt(des, tmp, tmp);
 125         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
 126         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
 127         src += 8;
 128         dst += 8;
 129       }
 130     }
 131     break;
 132
 133   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 134     SILC_CBC_DEC_MSB_64_32(len, iv, tiv, tmp, tmp2, src, dst, i,
 135                            des_decrypt(des, tmp, tmp2));
 136     break;
 137
 138   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 139     SILC_CFB_DEC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 140                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
 141     break;
 142
 143   default:
 144     return FALSE;
 145   }
 146
 147   return TRUE;
 148 }
 149
 150 /* Sets the key for the cipher. */
 151
 152 SILC_CIPHER_API_SET_KEY(3des)
 153 {
 154   return des3_setup(key, keylen, 0, (des3_key *)context);
 155 }
 156
 157 /* Sets IV for the cipher. */
 158
 159 SILC_CIPHER_API_SET_IV(3des)
 160 {
 161   des3_key *des = context;
 162
 163   switch (ops->mode) {
 164
 165   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 166   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 167     /* Starts new block. */
 168     des->padlen = 8;
 169     break;
 170
 171   default:
 172     break;
 173   }
 174 }
 175
 176 /* Initialize */
 177
 178 SILC_CIPHER_API_INIT(3des)
 179 {
 180   des3_key *des = silc_calloc(1, sizeof(des3_key));
 181   if (!des)
 182     des->padlen = 8;
 183   return des;
 184 }
 185
 186 /* Uninitialize */
 187
 188 SILC_CIPHER_API_UNINIT(3des)
 189 {
 190   des3_key *des = context;
 191   memset(des, 0, sizeof(*des));
 192   silc_free(des);
 193 }
 194
 195 SILC_CIPHER_API_ENCRYPT(3des)
 196 {
 197   des3_key *des = context;
 198   SilcUInt32 tmp[2];
 199   int i;
 200
 201   switch (ops->mode) {
 202
 203   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 204     SILC_CTR_MSB_64_32(iv, tmp, cipher->block, des->padlen, src, dst,
 205                        des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 206     break;
 207
 208   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
 209     {
 210       SilcUInt32 nb = len >> 3;
 211
 212       while (nb--) {
 213         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
 214         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
 215         des3_encrypt(des, tmp, tmp);
 216         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
 217         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
 218         src += 8;
 219         dst += 8;
 220       }
 221     }
 222     break;
 223
 224   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 225     SILC_CBC_ENC_MSB_64_32(len, iv, tmp, src, dst, i,
 226                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 227     break;
 228
 229   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 230     SILC_CFB_ENC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 231                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 232     break;
 233
 234   default:
 235     return FALSE;
 236   }
 237
 238   return TRUE;
 239 }
 240
 241 SILC_CIPHER_API_DECRYPT(3des)
 242 {
 243   des3_key *des = context;
 244   SilcUInt32 tmp[2], tmp2[2], tiv[2];
 245   int i;
 246
 247   switch (ops->mode) {
 248
 249   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 250     return silc_3des_encrypt(cipher, ops, context, src, dst, len, iv);
 251     break;
 252
 253   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
 254     {
 255       SilcUInt32 nb = len >> 3;
 256
 257       while (nb--) {
 258         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
 259         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
 260         des3_decrypt(des, tmp, tmp);
 261         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
 262         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
 263         src += 8;
 264         dst += 8;
 265       }
 266     }
 267     break;
 268
 269   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 270     SILC_CBC_DEC_MSB_64_32(len, iv, tiv, tmp, tmp2, src, dst, i,
 271                            des3_decrypt(des, tmp, tmp2));
 272     break;
 273
 274   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 275     SILC_CFB_DEC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 276                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 277     break;
 278
 279   default:
 280     return FALSE;
 281   }
 282
 283   return TRUE;
 284 }
 285
 286 /****************************************************************************/
 287
 288 #define EN0 0
 289 #define DE1 1
 290
 291 #if defined(_MSC_VER)
 292 #pragma intrinsic(_lrotr,_lrotl)
 293 #define RORc(x,n) _lrotr(x,n)
 294 #else
 295 #define RORc(x, y) silc_rorc(x, y)
 296 #endif /* _MSC_VER */
 297
 298 static const SilcUInt32 bytebit[8] =
 299 {
 300     0200, 0100, 040, 020, 010, 04, 02, 01
 301 };
 302
 303 static const SilcUInt32 bigbyte[24] =
 304 {
 305     0x800000UL,  0x400000UL,  0x200000UL,  0x100000UL,
 306     0x80000UL,   0x40000UL,   0x20000UL,   0x10000UL,
 307     0x8000UL,    0x4000UL,    0x2000UL,    0x1000UL,
 308     0x800UL,     0x400UL,     0x200UL,     0x100UL,
 309     0x80UL,      0x40UL,      0x20UL,      0x10UL,
 310     0x8UL,       0x4UL,       0x2UL,       0x1L
 311 };
 312
 313 /* Use the key schedule specific in the standard (ANSI X3.92-1981) */
 314
 315 static const unsigned char pc1[56] = {
 316     56, 48, 40, 32, 24, 16,  8,  0, 57, 49, 41, 33, 25, 17,
 317      9,  1, 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10,  2, 59, 51, 43, 35,
 318     62, 54, 46, 38, 30, 22, 14,  6, 61, 53, 45, 37, 29, 21,
 319     13,  5, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12,  4, 27, 19, 11,  3
 320 };
 321
 322 static const unsigned char totrot[16] = {
 323     1,   2,  4,  6,
 324     8,  10, 12, 14,
 325     15, 17, 19, 21,
 326     23, 25, 27, 28
 327 };
 328
 329 static const unsigned char pc2[48] = {
 330     13, 16, 10, 23,  0,  4,      2, 27, 14,  5, 20,  9,
 331     22, 18, 11,  3, 25,  7,     15,  6, 26, 19, 12,  1,
 332     40, 51, 30, 36, 46, 54,     29, 39, 50, 44, 32, 47,
 333     43, 48, 38, 55, 33, 52,     45, 41, 49, 35, 28, 31
 334 };
 335
 336 static const SilcUInt32 SP1[64] =
 337 {
 338     0x01010400UL, 0x00000000UL, 0x00010000UL, 0x01010404UL,
 339     0x01010004UL, 0x00010404UL, 0x00000004UL, 0x00010000UL,
 340     0x00000400UL, 0x01010400UL, 0x01010404UL, 0x00000400UL,
 341     0x01000404UL, 0x01010004UL, 0x01000000UL, 0x00000004UL,
 342     0x00000404UL, 0x01000400UL, 0x01000400UL, 0x00010400UL,
 343     0x00010400UL, 0x01010000UL, 0x01010000UL, 0x01000404UL,
 344     0x00010004UL, 0x01000004UL, 0x01000004UL, 0x00010004UL,
 345     0x00000000UL, 0x00000404UL, 0x00010404UL, 0x01000000UL,
 346     0x00010000UL, 0x01010404UL, 0x00000004UL, 0x01010000UL,
 347     0x01010400UL, 0x01000000UL, 0x01000000UL, 0x00000400UL,
 348     0x01010004UL, 0x00010000UL, 0x00010400UL, 0x01000004UL,
 349     0x00000400UL, 0x00000004UL, 0x01000404UL, 0x00010404UL,
 350     0x01010404UL, 0x00010004UL, 0x01010000UL, 0x01000404UL,
 351     0x01000004UL, 0x00000404UL, 0x00010404UL, 0x01010400UL,
 352     0x00000404UL, 0x01000400UL, 0x01000400UL, 0x00000000UL,
 353     0x00010004UL, 0x00010400UL, 0x00000000UL, 0x01010004UL
 354 };
 355
 356 static const SilcUInt32 SP2[64] =
 357 {
 358     0x80108020UL, 0x80008000UL, 0x00008000UL, 0x00108020UL,
 359     0x00100000UL, 0x00000020UL, 0x80100020UL, 0x80008020UL,
 360     0x80000020UL, 0x80108020UL, 0x80108000UL, 0x80000000UL,
 361     0x80008000UL, 0x00100000UL, 0x00000020UL, 0x80100020UL,
 362     0x00108000UL, 0x00100020UL, 0x80008020UL, 0x00000000UL,
 363     0x80000000UL, 0x00008000UL, 0x00108020UL, 0x80100000UL,
 364     0x00100020UL, 0x80000020UL, 0x00000000UL, 0x00108000UL,
 365     0x00008020UL, 0x80108000UL, 0x80100000UL, 0x00008020UL,
 366     0x00000000UL, 0x00108020UL, 0x80100020UL, 0x00100000UL,
 367     0x80008020UL, 0x80100000UL, 0x80108000UL, 0x00008000UL,
 368     0x80100000UL, 0x80008000UL, 0x00000020UL, 0x80108020UL,
 369     0x00108020UL, 0x00000020UL, 0x00008000UL, 0x80000000UL,
 370     0x00008020UL, 0x80108000UL, 0x00100000UL, 0x80000020UL,
 371     0x00100020UL, 0x80008020UL, 0x80000020UL, 0x00100020UL,
 372     0x00108000UL, 0x00000000UL, 0x80008000UL, 0x00008020UL,
 373     0x80000000UL, 0x80100020UL, 0x80108020UL, 0x00108000UL
 374 };
 375
 376 static const SilcUInt32 SP3[64] =
 377 {
 378     0x00000208UL, 0x08020200UL, 0x00000000UL, 0x08020008UL,
 379     0x08000200UL, 0x00000000UL, 0x00020208UL, 0x08000200UL,
 380     0x00020008UL, 0x08000008UL, 0x08000008UL, 0x00020000UL,
 381     0x08020208UL, 0x00020008UL, 0x08020000UL, 0x00000208UL,
 382     0x08000000UL, 0x00000008UL, 0x08020200UL, 0x00000200UL,
 383     0x00020200UL, 0x08020000UL, 0x08020008UL, 0x00020208UL,
 384     0x08000208UL, 0x00020200UL, 0x00020000UL, 0x08000208UL,
 385     0x00000008UL, 0x08020208UL, 0x00000200UL, 0x08000000UL,
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 387     0x00020000UL, 0x08020200UL, 0x08000200UL, 0x00000000UL,
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1538   CONST64(0x4040400000000040), CONST64(0x4040401000000040), CONST64(0x4040400040000040), CONST64(0x4040401040000040),
1539   CONST64(0x4040400000400040), CONST64(0x4040401000400040), CONST64(0x4040400040400040), CONST64(0x4040401040400040),
1540   CONST64(0x4040400000004040), CONST64(0x4040401000004040), CONST64(0x4040400040004040), CONST64(0x4040401040004040),
1541   CONST64(0x4040400000404040), CONST64(0x4040401000404040), CONST64(0x4040400040404040), CONST64(0x4040401040404040)
1542   }};
1543
1544 static void cookey(const SilcUInt32 *raw1, SilcUInt32 *keyout);
1545
1546 static void deskey(const unsigned char *key, short edf, SilcUInt32 *keyout)
1547 {
1548     SilcUInt32 i, j, l, m, n, kn[32];
1549     unsigned char pc1m[56], pcr[56];
1550
1551     for (j=0; j < 56; j++) {
1552         l = (SilcUInt32)pc1[j];
1553         m = l & 7;
1554         pc1m[j] = (unsigned char)((key[l >> 3U] & bytebit[m]) == bytebit[m] ? 1 : 0);
1555     }
1556
1557     for (i=0; i < 16; i++) {
1558         if (edf == DE1) {
1559            m = (15 - i) << 1;
1560         } else {
1561            m = i << 1;
1562         }
1563         n = m + 1;
1564         kn[m] = kn[n] = 0L;
1565         for (j=0; j < 28; j++) {
1566             l = j + (SilcUInt32)totrot[i];
1567             if (l < 28) {
1568                pcr[j] = pc1m[l];
1569             } else {
1570                pcr[j] = pc1m[l - 28];
1571             }
1572         }
1573         for (/*j = 28*/; j < 56; j++) {
1574             l = j + (SilcUInt32)totrot[i];
1575             if (l < 56) {
1576                pcr[j] = pc1m[l];
1577             } else {
1578                pcr[j] = pc1m[l - 28];
1579             }
1580         }
1581         for (j=0; j < 24; j++)  {
1582             if ((int)pcr[(int)pc2[j]] != 0) {
1583                kn[m] |= bigbyte[j];
1584             }
1585             if ((int)pcr[(int)pc2[j+24]] != 0) {
1586                kn[n] |= bigbyte[j];
1587             }
1588         }
1589     }
1590
1591     cookey(kn, keyout);
1592 }
1593
1594 static void cookey(const SilcUInt32 *raw1, SilcUInt32 *keyout)
1595 {
1596     SilcUInt32 *cook;
1597     const SilcUInt32 *raw0;
1598     SilcUInt32 dough[32];
1599     int i;
1600
1601     cook = dough;
1602     for(i=0; i < 16; i++, raw1++)
1603     {
1604         raw0 = raw1++;
1605         *cook    = (*raw0 & 0x00fc0000L) << 6;
1606         *cook   |= (*raw0 & 0x00000fc0L) << 10;
1607         *cook   |= (*raw1 & 0x00fc0000L) >> 10;
1608         *cook++ |= (*raw1 & 0x00000fc0L) >> 6;
1609         *cook    = (*raw0 & 0x0003f000L) << 12;
1610         *cook   |= (*raw0 & 0x0000003fL) << 16;
1611         *cook   |= (*raw1 & 0x0003f000L) >> 4;
1612         *cook++ |= (*raw1 & 0x0000003fL);
1613     }
1614
1615     memcpy(keyout, dough, sizeof dough);
1616 }
1617
1618 static void desfunc(SilcUInt32 *block, const SilcUInt32 *keys)
1619 {
1620     SilcUInt32 work, right, leftt;
1621     int cur_round;
1622
1623     leftt = block[0];
1624     right = block[1];
1625
1626    {
1627       SilcUInt64 tmp;
1628       tmp = des_ip[0][byte(leftt, 0)] ^
1629             des_ip[1][byte(leftt, 1)] ^
1630             des_ip[2][byte(leftt, 2)] ^
1631             des_ip[3][byte(leftt, 3)] ^
1632             des_ip[4][byte(right, 0)] ^
1633             des_ip[5][byte(right, 1)] ^
1634             des_ip[6][byte(right, 2)] ^
1635             des_ip[7][byte(right, 3)];
1636       leftt = (SilcUInt32)(tmp >> 32);
1637       right = (SilcUInt32)(tmp & 0xFFFFFFFFUL);
1638    }
1639
1640     for (cur_round = 0; cur_round < 8; cur_round++) {
1641         work  = RORc(right, 4) ^ *keys++;
1642         leftt ^= SP7[work        & 0x3fL]
1643               ^ SP5[(work >>  8) & 0x3fL]
1644               ^ SP3[(work >> 16) & 0x3fL]
1645               ^ SP1[(work >> 24) & 0x3fL];
1646         work  = right ^ *keys++;
1647         leftt ^= SP8[ work        & 0x3fL]
1648               ^  SP6[(work >>  8) & 0x3fL]
1649               ^  SP4[(work >> 16) & 0x3fL]
1650               ^  SP2[(work >> 24) & 0x3fL];
1651
1652         work = RORc(leftt, 4) ^ *keys++;
1653         right ^= SP7[ work        & 0x3fL]
1654               ^  SP5[(work >>  8) & 0x3fL]
1655               ^  SP3[(work >> 16) & 0x3fL]
1656               ^  SP1[(work >> 24) & 0x3fL];
1657         work  = leftt ^ *keys++;
1658         right ^= SP8[ work        & 0x3fL]
1659               ^  SP6[(work >>  8) & 0x3fL]
1660               ^  SP4[(work >> 16) & 0x3fL]
1661               ^  SP2[(work >> 24) & 0x3fL];
1662     }
1663
1664    {
1665       SilcUInt64 tmp;
1666       tmp = des_fp[0][byte(leftt, 0)] ^
1667             des_fp[1][byte(leftt, 1)] ^
1668             des_fp[2][byte(leftt, 2)] ^
1669             des_fp[3][byte(leftt, 3)] ^
1670             des_fp[4][byte(right, 0)] ^
1671             des_fp[5][byte(right, 1)] ^
1672             des_fp[6][byte(right, 2)] ^
1673             des_fp[7][byte(right, 3)];
1674       leftt = (SilcUInt32)(tmp >> 32);
1675       right = (SilcUInt32)(tmp & 0xFFFFFFFFUL);
1676    }
1677
1678     block[0] = right;
1679     block[1] = leftt;
1680 }
1681
1682 int des_setup(const unsigned char *key, int keylen, int num_rounds,
1683               des_key *skey)
1684 {
1685     if (num_rounds != 0 && num_rounds != 16)
1686         return FALSE;
1687
1688     deskey(key, EN0, skey->ek);
1689     deskey(key, DE1, skey->dk);
1690
1691     return TRUE;
1692 }
1693
1694 int des3_setup(const unsigned char *key, int keylen, int num_rounds,
1695                des3_key *skey)
1696 {
1697     if (num_rounds != 0 && num_rounds != 16)
1698         return FALSE;
1699
1700     deskey(key,    EN0, skey->ek[0]);
1701     deskey(key+8,  DE1, skey->ek[1]);
1702     deskey(key+16, EN0, skey->ek[2]);
1703
1704     deskey(key,    DE1, skey->dk[2]);
1705     deskey(key+8,  EN0, skey->dk[1]);
1706     deskey(key+16, DE1, skey->dk[0]);
1707
1708     return TRUE;
1709 }
1710
1711 int des_encrypt(des_key *skey, const SilcUInt32 pt[2],
1712                 SilcUInt32 ct[2])
1713 {
1714     SilcUInt32 work[2];
1715
1716     work[0] = pt[0];
1717     work[1] = pt[1];
1718
1719     desfunc(work, skey->ek);
1720
1721     ct[0] = work[0];
1722     ct[1] = work[1];
1723
1724     return TRUE;
1725 }
1726
1727 int des_decrypt(des_key *skey, const SilcUInt32 ct[2],
1728                 SilcUInt32 pt[2])
1729 {
1730     SilcUInt32 work[2];
1731
1732     work[0] = ct[0];
1733     work[1] = ct[1];
1734
1735     desfunc(work, skey->dk);
1736
1737     pt[0] = work[0];
1738     pt[1] = work[1];
1739
1740     return TRUE;
1741 }
1742
1743 int des3_encrypt(des3_key *skey, const SilcUInt32 pt[2],
1744                  SilcUInt32 ct[2])
1745 {
1746     SilcUInt32 work[2];
1747
1748     work[0] = pt[0];
1749     work[1] = pt[1];
1750
1751     desfunc(work, skey->ek[0]);
1752     desfunc(work, skey->ek[1]);
1753     desfunc(work, skey->ek[2]);
1754
1755     ct[0] = work[0];
1756     ct[1] = work[1];
1757
1758     return TRUE;
1759 }
1760
1761 int des3_decrypt(des3_key *skey, const SilcUInt32 ct[2],
1762                  SilcUInt32 pt[2])
1763 {
1764     SilcUInt32 work[2];
1765
1766     work[0] = ct[0];
1767     work[1] = ct[1];
1768
1769     desfunc(work, skey->dk[0]);
1770     desfunc(work, skey->dk[1]);
1771     desfunc(work, skey->dk[2]);
1772
1773     pt[0] = work[0];
1774     pt[1] = work[1];
1775
1776     return TRUE;
1777 }